[发明专利]温差发电器的优化结构

说明书

技术领域

本发明属于温差发电器领域，更加具体的说，涉及一种温差发电器的优化结构，具有提升温差发电器性能的特点。

背景技术

温差发电器是一种固态能量转化装置，可以直接将热能转化为电能，其工作原理如附图1所示。温差发电器是由若干温差电偶臂（P型和N型半导体材料）串联而成，传统的电偶臂是矩形截面形状。按照工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器（工作温度是700℃以上），中温温差发电器（工作温度400～700℃）和低温温差发电器（工作温度400℃以下）。对于不同的工作环境，温差发电器会处于不同的温度梯度，热电材料的物理性质受温度影响很大，所以有必要对电偶臂的形状进行优化，使之可以与工作的温度梯度相匹配，以提高温差发电器的输出功率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种温差发电器的优化结构，相比原有的π型电偶臂对结构，所述优化结构对电偶臂形状进行了改进，可更有效的利用温度梯度，增大热电材料的优值系数，提高热电材料的比功率，在不增加热电材料使用量的前提下，提高温差发电器的性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

温差发电器的优化结构，包括由p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂组成的π型电偶臂对结构，所述p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂的截面为梯形。

所述电偶臂对结构采用串联形式、单极排列，组成温差发电器。

所述梯形选择正常梯形，或者带有弧度的梯形，或者三段线结构的梯形。

所述带有弧度的梯形为两个斜面（边）为圆弧的梯形。

所述三段线结构的梯形为梯形，将两个圆弧斜面（边）近似为由三段斜面组成的斜面，具体如下：弧形斜面依据所在同心圆的圆弧值均匀分为三段（即在圆弧上点上的两个划分点），自梯形的上底到下底连接圆弧上的两个划分点，将弧形斜面近似为由三段线组成的斜面。

在上述温差发电器的结构中，p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择轴对称设置，即两边选择的梯形都是同方向设置（即上底向上和下底向下）。

在上述温差发电器的结构中，p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择反方向设置（即一侧p型半导体材料电偶臂上底向上和下底向下，另一侧n型半导体材料电偶臂上底向下和下底向上）。

本发明结构简单，易于加工，可以显著改善温差发电器性能。通过结构的改善，可以在同等工况下，提升温差发电电动势。

附图说明

图1是温差发电器结构的示意图。

图2是本发明实施例采用的温差发电器结构的示意图，其中G1传统温差发电器结构；G2梯形结构；G3小弧度梯形结构；G4大弧度梯形结构；G5倒置弧度梯形结构；G6边框为三段线的梯形结构；G7边框为三段线的倒置梯形结构。

图3是本发明的新型形状的温差发电器的赛贝克电势分布图，其中（1）传统温差发电器结构；（2）梯形结构；（3）小弧度梯形结构；（4）大弧度梯形结构；（5）倒置弧度梯形结构；（6）边框为三段线的梯形结构；（7）边框为三段线的倒置梯形结构。

图4是本发明的新型形状的温差发电器的欧姆电势分布图，其中（1）传统温差发电器结构；（2）梯形结构；（3）小弧度梯形结构；（4）大弧度梯形结构；（5）倒置弧度梯形结构；（6）边框为三段线的梯形结构；（7）边框为三段线的倒置梯形结构。

图5是本发明的新型形状的温差发电器的“电压—电流”曲线，其中（1）传统温差发电器结构；（2）梯形结构；（3）小弧度梯形结构；（4）大弧度梯形结构；（5）倒置弧度梯形结构；（6）边框为三段线的梯形结构；（7）边框为三段线的倒置梯形结构。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。本发明的技术方案是通过改进传统的π型电偶臂对结构，使热电材料能够更有效的利用温差，在不增加热电材料使用量的前提下，生成更大的电动势。

如附图1所示温差发电器结构的示意图，一块顶部金属板和两块底端金属板，一块底端金属板上设置p型电偶臂，另一块底部金属板上设置n型电偶臂，p型和n型电偶臂的顶端与一块顶部金属板相连，整体上组成传统的π型电偶臂对结构，其中p型和n型电偶臂是温差发电器的核心元件。